ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ УНИТАРНЫХ КОДОВ ДЛЯ ОДНОРОДНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
Аннотация
Актуальность. Эффективная работа вычислительных систем, в том числе, основывается на общезначимых обеспечивающих вычислениях по планированию параллельных вычислений и анализу результатов. Достаточно важными вычислительными средствами являются преобразователи (формирователи) унитарных кодов, совмещающих свойства числовой и символьной информации. Цель работы – создание высокопроизводительных вычислительных схем для обработки унитарных кодов на единой теоретической основе. Методы исследования. Известные одномерные и двумерные итерационные сети являются основой для создания однородных преобразователей унитарных кодов. Такие сети имеют необходимые и достаточные условия для организации параллельных вычислений. Для синтеза преобразователей унитарных кодов были выделены следующие принципы обработки, свойственные для чисел и строк: двунаправленность обработки, разбиение на множество локальных процессов с собственными стартовыми точками, иерархия, мультифункцинальность, дуализм цифра/символ. Описанные преобразователи используют известные и привносят новые схемотехнические решения. Описаны цифровой компрессор, формирователь серии логических «1», арбитр, пороговый элемент весовых и унитарных кодов. Результаты и обсуждения. Созданы практически значимые схемы прямых и обратных преобразователей кодов «8-4-2-1 – нормализованный код», используемые в однородных вычислительных системах – мультипроцессорах, ассоциативных процессорах и др. Количественные оценки преобразователей унитарных кодов проведены для порогового элемента весового и унитарного кодов. Данный преобразователь основан на дуальной трактовке элементов кода как цифры или символа, что позволило на завершающей фазе вычислений (против стандартного метода) исключить линейную временную зависимость для вычисления результата сравнения двух кодов. Показано, что для унитарных кодов размеров от 12 до 36 бит временной выигрыш составляет 14-16%. Данный эффект получен за счет исключения последовательных вычислений между ячейками итерационной сети. Выводы. Для построения эффектных по времени схем преобразования унитарных кодов использован и развит аппарат итерационных сетей, на основе которых созданы одномерные, двумерные итерационные сети с регулярными связями, а также преобразователи на основе универсальных логических модулей.
Список литературы
1. Voevodin V.V. Matematicheskie modeli i metody v parallel'nykh protsessakh [Mathematical models and methods in parallel processes]. Moscow: Nauka, 1986, 296 p.
2. Guzik V.F., Kalyaev I.A., Levin I.I. Rekonfiguriruemye vychislitel'nye [Reconfigurable computing sys-tems]. Rostov-on-Don: Yuzhnyy federal'nyy universitet, 2016, 472 p.
3. Burtsev V.S. Parallelizm vychislitel'nykh protsessov i razvitie arkhitektury superEVM: Sb. statey [Paral-lelism of computing processes and development of supercomputer architectures: collection of articles], compilers V.P. Torchigin, Yu.N. Nikol'skaya, Yu.V. Nikitin. Moscow: TORUS PRESS, 2006, 416 p.
4. Korneev V.V. Vychislitel'nye sistemy [Computing systems]. Moscow: Gelios ARV, 2004, 510 p.
5. Voevodin V.V., Voevodin Vl.V. Parallel computing. Saint Petersburg, BHV-Peterburg Publ., 2002, 608 p.
6. Ognev I.V., Borisov V.V., Sutula N.A. Assotsiativnye pamyat', sredy, sistemy [Associative memory, environments, systems]. Moscow: Goryachaya liniya – Telekom. 2016, 420 p.
7. Titenko E.A., Tipikin A.P., Lapin D.V. Nekotorye puti postroeniya perspektivnykh vychislitel'nykh sis-tem dlya parallel'noy obrabotki massivov dannykh i izobrazheniy na PLIS [Some ways of promising computing systems for parallel processing of data arrays and images on FPGA], Elektromagnitnye volny i elektronnye sistemy [Electromagnetic waves and electronic systems], 2016, Vol. 21, No. 10, pp. 56-59.
8. Kalyaev I.A., Levin I.I. Rekonfiguriruemye vychislitel'nye sistemy na osnove PLIS [Reconfigurable computing systems based on FPGAs]. Rostov-on-Don: Yuzhnyy nauchnyy tsentr RAN, 2022, 475 p.
9. Kravets O.YA., Podval'nyy E.S., Titov V.S., Yastrebov A.S. Arkhitektura vychislitel'nykh sistem s ele-mentami konveyernoy obrabotki: ucheb. posobie [Architecture of computing systems with elements of pipeline processing: textbook]. Voronezh, Kursk, Sankt-Peteburg: Politekhnika, 2009, 151 p.
10. Adamov A.A. Eysymont L.K. Varianty arkhitekturnykh resheniy EKB dlya sistem iskusstvennogo intel-lekta [Variants of architectural solutions for an electronic component base for artificial intelligence sys-tems], Proektirovanie budushchego. Problemy tsifrovoy real'nosti: trudy 3-y Mezhdunarodnoy konfer-entsii [Designing the Future. Problems of Digital Reality: Proceedings of the 3rd International Confer-ence]. Moscow: IPM im. M.V. Keldysha, 2020, pp. 112-131.
11. Grivachev A.V., Emel'yanov S.G., Titenko E.A. Modifitsirovannaya produktsionnaya sistema dlya resh-eniya zadachi strukturnogo raspoznavaniya obrazov [Modified production system for solving the prob-lem of structural pattern recognition], Naukoemkie tekhnologii [Science-intensive technologies], 2014, Vol. 15, No.№ 12, pp. 9-12.
12. Lothaire M. Applied Combinatorics on Words. In: Encyclopedia of Mathematics and its Applications. Cambridge: Cambridge University Press, 2005.
13. Titenko E.A., Dovgal' V.M. Kontseptual'nyy podkhod k razrabotke formal'noy ischislitel'noy sistemy kak generatora vetvyashchikhsya konstruktivnykh protsessov [Conceptual approach to the development of a formal enumeration system as a generator of branching constructive processes], Sistemy upravleniya i in-formatsionnye tekhnologii [Control systems and information technologies], 2006,
No. 1-1 (23), pp. 185-187.
14. Titenko E.A., Degtyarev S.V. Approximate search in the sample on the basis Manber-Wu method, Journal of Fundamental and Applied Sciences, 2017, Vol. 9. No. 2, pp. 914.
15. Geri M., Dzhonson D. Vychislitel'nye mashiny i trudnoreshaemye zadachi [Computing machines and intractable problems]. Moscow: Mir, 1982, 416 p.
16. Gladkov L.A., Kureychik V.V., Kureychik V.M., Sorokoletov P.V. Bioinspirirovannye metody v optimi-zatsii [Bioinspired methods in optimization]. Moscow: Fizmatlit, 2009, 384 p.
17. Ozkarakhan E. Mashiny baz dannykh i upravlenie bazami dannykh [Database machines and database management]. Moscow: Mir, 1989, 696 p.
18. Bandman O.L., Mirenkov N.N., Sedukhin S.G. Spetsializirovannye protsessory dlya vysokopro-izvoditel'noy obrabotki dannykh [Specialized processors for high-performance data processing]. Mos-cow: Radio i svyaz', 1988, 208 p.
19. Fet Ya.I. Parallel'nye protsessory dlya upravlyayushchikh system [Parallel processors for control sys-tems]. Moscow: Energoizdat, 1981, 160 p.
20. Potemkin I.S. Funktsional'nye uzly tsifrovoy avtomatiki [Functional units of digital automation]. Mos-cow: Energoatomizdat, 1988, 320 p.
21. Levin I.I., Podoprigora A.V. Modifitsirovannyy metod obrabotki bol'shikh razrezhennykh nestrukturiro-vannykh matrits na rekonfiguriruemykh vychislitel'nykh sistemakh [Modified method for processing large sparse unstructured matrices on reconfigurable computing systems], Vychislitel'nye metody i pro-grammirovanie [Computational methods and programming], 2024, Vol. 25, No. 2, pp. 142-154.
22. Levin I.I., Alekseev K.N. Preobrazovanie sortiruyushchikh setey dlya raznoy stepeni parallelizma [Trans-formation of sorting networks for different degrees of parallelism], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2023, No. 5 (235), pp. 104-118.
23. Kalyaev A.V., Levin I.I. Modul'no-narashchivaemye mnogoprotsessornye sistemy so strukturno-protsedurnoy organizatsiey vychisleniy [Modularly scalable multiprocessor systems with structural-procedural organization of computations]. Moscow: Izd-vo "Yanus-K", 2003, 380 p.
24. Usatyuk V.S., Egorov S.I., Vatutin E.I., Chernetskaya I.E. Obespechenie pomekhoustoychivosti kanala svyazi za schet primeneniya metoda poiska slov malogo vesa v lineynom blochnom dvoichnom i ternar-nom kodakh [Ensuring noise immunity of the communication channel due to the use of the method of searching for small-weight words in linear block binary and ternary codes], Tr. MAI [Proceedings of MAI], 2024, No. 138.
25. Novikov A.O., Vatutin E.I., Egorov S.I., Titov V.S. Issledovanie algoritma Dabbagyana-Vu dlya postroeniya netsiklicheskikh pandiagonal'nykh latinskikh kvadratov [Study of the Dabbaghyan-Wu algo-rithm for constructing non-cyclic pandiagonal Latin squares], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2024, No. 3 (239), pp. 126-137.
26. Egorov S.I., Titenko E.A. Matematicheskie i vychislitel'nye skhemy realizatsii arifmeticheskikh operatsiy v konechnykh polyakh Galua dlya podvizhnykh robotov [Mathematical and computational schemes for implementing arithmetic operations in finite Galois fields for mobile robots], Informatsionnye sistemy i tekhnologii [Information systems and technologies], 2023, No. 2 (136), pp. 14-24.
27. Vatutin E.I., Titov V.S. Teoreticheskie osnovy i tekhnicheskie resheniya programmno-apparatnogo obespecheniya sinteza logicheskikh mul'tikontrollerov [Theoretical foundations and technical solutions for software and hardware support for the synthesis of logical multicontrollers]. Kursk: ZAO «Universi-tetskaya kniga», 2022, 483 p.
28. Vatutin E.I., Zotov I.V., Titov V.S. Ispol'zovanie skhemnykh formirovateley i preobrazovateley dvoich-nykh posledovatel'nostey pri postroenii kombinatorno-logicheskikh akseleratorov [Using circuit shapers and converters of binary sequences in the construction of combinatorial logic accelerators], Izvestiya Kurskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Bulletin of the Kursk State Technical Univer-sity], 2008, No. 4 (25), pp. 32-39.
29. Zel'din E.A. Tsifrovye integral'nye mikroskhemy v informatsionno-izmeritel'noy apparature [Digital integrated circuits in information and measuring equipment]. Leningrad: Energoatomizdat, 1986, 280 p.
30. Titenko E.A., Skornyakov K.S., Busygin K.N. Metody i summatory s parallel'nymi gruppovymi protses-sami [Methods and adders with parallel group processes], Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Upravlenie, vychislitel'naya tekhnika, informatika. Meditsinskoe priborostroenie [Bulletin of the South-West State University. Series: Management, computing, informatics. Medical in-strument making], 2013, No. 1, pp. 161-166.
31. Titenko E.A., Semenikhin E.A., Petrik E.A., Voronin D.A. Strukturno-funktsional'naya organizatsiya ar-bitra parallel'noy obrabotki zaprosov [Structural and functional organization of the arbitrator of parallel query processing], Informatsionno-izmeritel'nye i upravlyayushchie sistemy [Information, measuring and control systems], 2010, Vol. 8, No. 11.
32. Khanis A.L., Bespal'ko S.V., Titenko E.A. [i dr.]. Obzor issledovaniy kiberstrakhovaniya [Review of cyber insurance research], Intellektual'nye informatsionnye sistemy: tendentsii, problemy, perspektivy: Mater. dokladov VII vserossiyskoy ochnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «IIS-2019», Kursk, 25 noyabrya 2019 goda [// Intelligent information systems: trends, problems, prospects: materials of reports of the VII All-Russian face-to-face scientific and practical conference "IIS-2019", Kursk, November 25, 2019]. Kursk: Yugo-Zapadnyy gosudarstvennyy universitet, 2019, pp. 108-118.
